JP5493164B2 - ラジアル針状ころ軸受及び軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、歯車遊星機構に使用されるラジアル針状ころ軸受及び軸受ユニットに関する。

車両等の自動変速機において、一般的に遊星歯車機構が用いられ、近年は燃費向上などを目的として多段化される傾向がある。多段化且つ小型化を図るため、高速回転化が進んでおり、遊星歯車機構に使用される軸受にも大きな負荷がかかる傾向にある。

遊星歯車に用いられるラジアル針状ころ軸受は、遊星歯車の公転により遠心力が負荷されるため、保持器は外径案内で使用される。公転速度が速くなると遠心力の影響が大きく、運転中に保持器が外径方向に動いた場合、針状ころが保持器柱部の軸方向中心側で干渉すると、保持器破損などの不具合の発生が考えられる。

その対策として、保持器が径方向外側に移動した場合に、保持器柱部が針状ころと干渉しないようにころ動き量を大きくすることが考えられるが、ころ動き量が大きくなると、内径側に針状ころが倒れこみ、保持器の環状部と突出部との隅部にもぐりこんでしまう。そこに支持軸を挿入すると、針状ころがくさび状になって支持軸の挿入を妨げ、組立性が低下するおそれがあった。

特許文献１に記載の針状ころ軸受においては、柱部の内径側部の両端にころ保持爪を設けることで、保持器内径側における針状ころの支持箇所を２点とし、針状ころの傾きを小さくしている。

特開平０９−１５１９４４

しかしながら特許文献１に記載の針状ころ軸受は、柱部形状が複雑なため複雑な加工を要する。また、保持器が外径側に移動した場合に、保持爪により保持器が破損するおそれがあった。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、保持器の損傷を抑制し耐久性を向上させるとともに組立性を向上させるラジアル針状ころ軸受及び軸受ユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）軸方向に互いに離れて配置される一対の環状部と、前記環状部間を連結して円周方向に所定の間隔で配置され、両端の外径側部と、前記外径側部から内径側へ斜めに続く傾斜部と、中央部に位置し前記外径側部より縮径した内径側部と、を備える複数の柱部と、を有する保持器と、
前記一対の環状部及び互いに隣り合う前記柱部によって形成されるポケットにそれぞれ配置される複数の針状ころと、
を備えるラジアル針状ころ軸受において、
前記保持器には、前記隣り合う柱部間で、前記環状部の外周縁から軸方向に突出し、前記針状ころの角Ｒ部が当接可能な突出部が設けられ、
前記針状ころが径方向にβ°傾いたとき、前記針状ころと当接する前記内径側部の当接点Ｐと、前記針状ころの前記角Ｒ部と当接する前記突出部の角部Ｒとの距離であって、前記保持器の軸に平行な方向の距離をＰＲｘ、前記保持器の径に平行な方向の距離をＰＲｙとし、前記針状ころの中心線と前記当接点との距離をｈｐ、前記針状ころの半径をｒ、とすると、
ＰＲｙ＜ｒ/ｃｏｓβ＋（ｈｐ/ｓｉｎβ−ＰＲｘ）・ｔａｎβ
の関係式を満たすことを特徴とするラジアル針状ころ軸受。
（２）（１）に記載のラジアル針状ころ軸受と、
前記ラジアル針状ころ軸受に挿設された支持軸と、を備えた軸受ユニットにおいて、
前記支持軸の挿入方向先端側端面は、面取り部が形成され、
前記面取り部のテーパ長は、前記針状ころの角Ｒ部の半径より長いことを特徴とする軸受ユニット。

本発明のラジアル針状ころ軸受によれば、針状ころが径方向にβ°傾いたとき、針状ころと当接する内径側部の当接点Ｐと、針状ころの角Ｒ部と当接する突出部の角部Ｒとの軸方向距離及び径方向距離をそれぞれＰＲｘ、ＰＲｙ、針状ころの中心線と当接点との距離をｈｐ、針状ころの半径をｒ、とすると、
ＰＲｙ＜ｒ/ｃｏｓβ＋（ｈｐ/ｓｉｎβ−ＰＲｘ）・ｔａｎβ
の関係式を満たすので、突出部の角部と針状ころが干渉することで、針状ころのもぐりこみが抑制される。これにより、ころ動き量を大きくして保持器の損傷を抑制し耐久性が向上するとともに、支持軸をラジアル針状ころ軸受に容易に挿入することができ、組立性が向上する。

また、本発明の軸受ユニットによれば、支持軸の挿入方向先端側端面は、面取り部が形成されているので、支持軸の挿入側が小径となるように針状ころが倒れこんだ場合でも、支持軸の挿入時に支持軸の面取り部と針状ころの角Ｒ部とが当接することで、支持軸が針状ころを外径側に押し出すことができ、組立性が向上する。

さらに、支持軸の面取り部のテーパ長が、針状ころの角Ｒ部の半径より長いため、支持軸がより容易に針状ころを外径側に押し出すことができ、組立性が向上する。

本発明にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の断面図である。 遊星歯車機構の分解図である。 ピニオンシャフトを含む遊星歯車機構にラジアル針状ころ軸受を組み込んだ状態を示す図である。 ラジアル針状ころ軸受の保持器の斜視図である。 第１実施形態に係るラジアル針状ころ軸受においてころが傾いた状態を示す断面図である。 ころを径方向からみた図である。 図５の部分拡大図である。 第２実施形態に係るラジアル針状ころ軸受においてころが傾いた状態を示す断面図である。 図８の部分拡大図である。 ラジアル針状ころ軸受にピニオンシャフトを挿入する工程を説明する図である。 ピニオンシャフトの挿入により当接するＣ面取り部ところとの関係を説明する模式図である。 図１１の部分拡大図である。

以下、本発明の各実施形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本発明に実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の断面図である。図１において、エンジンのクランクシャフト２から出力されるトルクは、トルクコンバータ３を介して伝達され、更に複数列組み合わされた遊星歯車機構４，５，６等を介して複数段に減速され、その後デファレンシャルギヤ７及びドライブシャフト８を介して、不図示の車輪に出力されるようになっている。

図２は、遊星歯車機構４（５，６も原則的に同じ）の分解図である。図２において、遊星歯車機構４は、内歯を有するリングギヤ４ａと、外歯を有する太陽ギヤ４ｂと、リングギヤ４ａ及び太陽ギヤ４ｂに噛合する３つの遊星歯車４ｃと、３つのピニオンシャフト４ｅ（支持軸）により遊星歯車４ｃを回転自在に支持すると共に、自らも回転可能なキャリヤ４ｄとを有する。

図３は、本実施の形態の針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。図３に示すように、針状ころ軸受１０は、ピニオンシャフト（内輪）４ｅと遊星歯車（外輪）４ｃとの間に配置され、遊星歯車４ｃを回転自在に支持している。針状ころ軸受１０は、複数のころ１１と、それらを保持する保持器１２からなるケージアンドローラが２組並列に配置され構成されている。各ころ１１は、軸方向に長い、いわゆる針状ころであって、軸方向両端面と外周面との角部を曲面状にＲ面取りし、角Ｒ部１１ａが形成されている（図７、９参照）。
ピニオンシャフト４ｅ内には、図３で右方から軸線に沿って延在し、ころ１１の略中央で外周面に抜ける油路４ｆが形成されており、さらにピニオンシャフト４ｅは軸方向端面の外周部がＣ面取りしてある。なお、保持器１２は外輪案内で用いられる。

図４は、本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受の保持器の斜視図である。図４に示すように、保持器１２は、軸方向に互いに離れて配置される一対の環状部１２ａを複数の柱部１２ｂが円周方向に所定の間隔で連結した構成を有する。各柱部１２ｂは、環状部１２ａと連結する外径側部１２ｄと、外径側部から内径側へ斜めに続く傾斜部１２ｇと、中央に位置し外径側部１２ｄより縮径した内径側部１２ｃから構成され、外径側部１２ｄを案内部としている。また、一対の環状部１２ａ及び互いに隣り合う柱部１２ｂとにより形成された空間が、ころ１１を保持するポケット１３となる。このような形状を有する保持器１２をＭ型保持器と呼ぶ。
さらに、保持器１２には、隣り合う柱部１２ｂ間で、環状部１２ａの外周縁から軸方向に突出し、ころ１１の角Ｒ部１１ａが当接可能な突出部１２ｅが形成されている（図７、９参照）。

本発明の針状ころ軸受１０においては、ころ１１のピニオンシャフト４ｅに対する傾きをβとすると、β＞３°、好ましくは３．３°＜β＜３．５°に設定されている。

ここで本実施の形態に係るラジアル針状ころ軸受のうち第１実施形態に係るラジアル針状ころ軸受を図５〜７を参照して説明する。この第１実施形態では、ころ１１が倒れこんだ時にころ１１の角Ｒ部１１ａが保持器１２の突出部１２ｅより内側の隅部へもぐりこまないようにころと保持器１２の形状を設定している。
図５は、第１実施形態のラジアル針状ころ軸受においてころが傾いた状態を示す断面図である。

ころ１１がピニオンシャフト４ｅに対し径方向にβ°傾いたとき、図６に示すようにころ１１は隣接する柱部１２ｂの内径側部１２ｃと外径側部１２ｄの４点の当接点（Ｐ，Ｐ’，Ｑ，Ｑ’）で接触する。このとき、ころ１１の半径をｒ、内径側接点（Ｐ，Ｐ’）間距離及び外径側接点（Ｑ，Ｑ’）間距離をｂとすると、内径側接点（Ｐ，Ｐ’）ところ１１の中心線Ｏまでの距離ｈｐは、以下の式で表される。
ｈｐ＝（ｒ^２−（ｂ／２）^２）^１／２ （１）

また、図７に示すように、ころ１１は角Ｒ部１１ａにおいて、環状部１２ａの外周縁から突出する突出部１２ｅの内径側角部Ｒと当接する。このとき、内径側接点Ｐと内径側角部Ｒとの距離であって保持器１２の径に平行な方向の距離をＰＲｙと、ころ１１の外周面から延長した延長線と突出部１２ｅとの交点Ｓと内径側接点Ｐとの径方向距離ＰＳｙとの関係は、以下の式で表される。
ＰＳｙ＞ＰＲｙ （２）

ＰＳｙは、ころ１１のピニオンシャフト４ｅに対する傾きをβ°を用いて表わすと、図７に示すように、以下の式で表される。
ＰＳｙ＝ｒ/ｃｏｓβ＋（ｈｐ/ｓｉｎβ−ＰＲｘ）・ｔａｎβ （３）
なお、ＰＲｘは内径側接点Ｐと内径側角部Ｒとの距離であって保持器１２の軸に平行な方向の距離である。

また、ｔ１＝ｈｐ/ｓｉｎβ−ＰＲｘを用いて（３）を書き換えると、（３）は以下の式で表される。
ＰＳｙ＝ｒ/ｃｏｓβ＋ｔ１・ｔａｎβ （４）

（２）及び（４）より、第１実施形態のラジアル針状ころ軸受は以下の関係式（５）を満たす。
ｒ/ｃｏｓβ＋ｔ１・ｔａｎβ＞ＰＲｙ （５）

第１実施形態に係るラジアル針状ころ軸受によれば、保持器１２ところ１１の位置関係が（５）式を満足するため、保持器１２の環状部１２ａと突出部１２ｅで形成される隅部１２ｆへころ１１がもぐりこまず、ピニオンシャフト４ｅを容易に挿入することができる。

次に本実施の形態に係るラジアル針状ころ軸受のうち第２実施形態に係るラジアル針状ころ軸受を図８，９を参照して説明する。この第２実施形態では、ころ１１が倒れこんだ時にころ１１の角Ｒ部１１ａが保持器１２の突出部１２ｅより内側の隅部へもぐりこんでもころ１１がポケット１３内に戻るようにころ１１と保持器１２の形状を設定している。
図８は、第２実施形態のラジアル針状ころ軸受においてころが傾いた状態を示す断面図である。なお、本発明の第１実施形態のラジアル針状ころ軸受と同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

ころ１１がピニオンシャフト４ｅに対し径方向にβ°傾いたとき、図６に示すようにころ１１は隣接する柱部１２ｂの内径側部１２ｃと外径側部１２ｄの４点の当接点（Ｐ，Ｐ’，Ｑ，Ｑ’）で接触する。

また、ころ１１は、図９に示すように、角Ｒ部１１ａにおいて、環状部１２ａの外周縁から突出する突出部１２ｅの内径側角部Ｒと当接するとともに、環状部１２ａの側壁部Ｍと当接する。このとき、角Ｒ部１１ａの半径をｃ、環状部１２ａの側壁部Ｍから角Ｒ部１１ａの境界部Ｎとの軸方向距離をＭＮｘ、突出部１２ｅの軸方向幅ＭＲｘとすると、ＭＮｘは以下の関係式を満足する。
ＭＮｘ＞ＭＲｘ （６）

また、ＭＮｘは、図９に示すように（７）式で表される。
ＭＮｘ＝ｃ（１−ｓｉｎβ） （７）

（６）及び（７）式より、第２実施形態のラジアル針状ころ軸受は以下の関係式（８）を満たす。
ｃ（１−ｓｉｎβ）＞ＭＲｘ （８）

第２実施形態に係るラジアル針状ころ軸受によれば、第１実施形態におけるラジアル針状ころ軸受よりころの動き量が大きく、保持器１２ところ１１の位置関係が第１実施形態における（５）式を満足しない場合であっても（８）式を満足するため、環状部１２ａと突出部１２ｅで形成される隅部１２ｆへころ１１がもぐりこんだ場合でも、ピニオンシャフト４ｅを挿入する際に、ころ１１がポケット１３に容易に戻ることができる。

また、図１０に示すように、ころ１１がピニオンシャフト４ｅの挿入に干渉するように倒れた場合であっても、所定の条件を満たす場合、ピニオンシャフト４ｅの端面のＣ面取り部２１ところ１１の角Ｒ部１１ａが当接するため、より容易にピニオンシャフト４ｅがころ１１を外径側に押し出しポケット１３内に戻すことができる。遊星歯車４ｃに針状ころ軸受１０を装着した状態でピニオンシャフト４ｅを装着したとき、ピニオンシャフト４ｅがころ１１をポケット１３内に戻すピニオンシャフト４ｅのＣ面取り部２１の条件について、図１１及び図１２を参照して以下に説明する。

遊星歯車４ｃに針状ころ軸受１０を装着した状態のピニオンシャフト４ｅに対するころ１１の傾きをγとすると、ころ１１の角Ｒ部１１ａは遊星歯車４ｃの内周面と当接点Ａで当接するとともに対角線上に位置する角Ｒ部１１ａはピニオンシャフト４ｅのＣ面取り部２１と当接点Ｂで当接する。そして、当接点Ａ、Ｂの径方向距離をＡＢｙ、当接点ＡからＣ面取り内径点Ｄまでの径方向距離をＡＤｙとすると、ＡＢｙ＜ＡＤｙを満たすとき、ころ１１がピニオンシャフト４ｅの挿入に干渉するように倒れた場合でも容易にころ１１をポケット１３内に押し戻すことができる。

ここで、計算のため、図１１及び図１２に示すように、Ａ、Ｂの他にＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｏ、Ｔ、Ｓを定める。また、以下において、二点、例えば、Ｅ、Ｆ間のｘ方向距離をＥＦｘ、ｙ方向距離をＥＦｙ、二点ＡＥ間のころの中心軸に沿った距離をＬａｅと表わす。

三角形ＥＦＩからＥＦｙは式（９）で表わされる。
ＥＦｙ＝２ｒ／ｃｏｓγ （９）

同様に、三角形ＯＢＬと三角形ＢＦＪ、ＬＪ間の距離からＢＦｙは式（１０）で表わされる。
ＢＦｙ＝{ｃ−ｃｏｓγ（φ＋γ）}ｃｏｓγ （１０）

同様に、三角形ＥＫＢと三角形ＢＬＯ、ＢＬＴからＬｅｇは式（１１）で表わされる。
Ｌｅｇ＝（ＥＦｙ−ＢＦｙ）ｓｉｎγ＋{ｃ−ｃｓｉｎ（φ＋γ）} （１１）

また、Ｌａｅはころ長さＬを用いて式（１１）で表わされる。
Ｌａｅ＝Ｌ−Ｌｅｇ−（ｃ−ｃｓｉｎγ） （１２）

式（９）〜（１１）を用いて式（１２）を書き換えると式（１３）で表わされる。
Ｌａｅ＝Ｌ−{２ｒ−ｃ＋ｃｃｏｓ（φ＋γ）}ｔａｎγ−ｃ＋ｃｓｉｎ（φ＋γ））−ｃ＋ｃｓｉｎγ （１３）

また、三角形ＡＨＳからＡＨｙは式（１４）で表わされる。
ＡＨｙ＝{Ｌａｅ＋（ｃ−ｃｃｏｓγ）ｔａｎγ}ｓｉｎγ （１４）

また、ＳＦ間の距離からＡＢｙは式（１５）で表わされる。
ＡＢｙ＝（ＥＦｙ−ＢＦｙ）＋[ＡＨｙ−{（ｃ−ｃｃｏｓγ）／ｃｏｓγ}] （１５）
と表わすことができる。

ここで、式（９）、（１０）、（１３）、（１４）を用いて式（１５）を書き換えると式（１５）は、以下の式（１６）に書き換えられる。
ＡＢｙ＝ {（２ｒ−２ｃ＋ｃｃｏｓ（φ＋γ）}／ｃｏｓγ＋｛Ｌｒ−２ｃ＋２（ｃ−ｒ）ｔａｎγ}ｓｉｎγ＋ｃ （１６）

従って、ＡＤｙが下記式（１７）を満たす限り、ころ１１がピニオンシャフト４ｅの挿入に干渉するように倒れた場合でも容易にころ１１をポケット１３内に押し戻すことができる。
ＡＤｙ＞{（２ｒ−２ｃ＋ｃｃｏｓ（φ＋γ）}／ｃｏｓγ＋｛Ｌｒ−２ｃ＋２（ｃ−ｒ）ｔａｎγ}ｓｉｎγ＋ｃ （１７）

これにより、ピニオンシャフト４ｅが挿設されたラジアル針状ころ軸受１０を含む軸受ユニットの組立性を向上させることができる。

次に、本発明に係る軸受ユニットの実施例について説明する。
本発明に係るラジアル針状ころ軸受とピニオンシャフトの組立性について以下の条件で実験を行なった。

〈仕様〉
ピニオンギヤ内径：φ２２
ピニオンシャフト径：φ１４
ピニオンギヤ幅：２０ｍｍ
また、表１に示すように、各パラメータを設定し、あわせて結果を表１に示す。

実施例１によれば、保持器ところの位置関係が（５）式を満たすため、ころの角Ｒ部が突出部と干渉し、もぐりこみが発生しない。一方、実施例２によれば、保持器ところの位置関係が（５）式を満たさないため、もぐりこみが発生するが、（８）式を満たすため、もぐりこみが発生してもころがポケット内に復元することが可能である。なお、比較例１においては、保持器ところの位置関係が（５）、（８）式を満たさないため、突出部はころの角Ｒ部よりもころの中心側の直線部と当接し、もぐりこみが発生し、さらにころの角Ｒ部が突出部の軸方向長さより小さいため、復元することができない。

以上の結果から、保持器ところの位置関係が（５）式又は（８）式を満たすことにより、組立性を向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。なお、上記実施形態において、ラジアル針状ころ軸受１０は、並列に配置された２組のケージアンドローラからなっているが、これに限らず１組又は３組以上のケージアンドローラから構成されていてもよい。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１ 自動変速機
４〜６ 遊星歯車機構
１０ ラジアル針状ころ軸受
１１ ころ（針状ころ）
１１ａ 角Ｒ部
１２ 保持器
１２ａ 環状部
１２ｂ 柱部
１２ｃ 内径側部
１２ｄ 外径側部
１２ｅ 突出部
１２ｆ 隅部
１２ｇ 傾斜部
１３ ポケット

Claims (2)

1. 軸方向に互いに離れて配置される一対の環状部と、前記環状部間を連結して円周方向に所定の間隔で配置され、両端の外径側部と、前記外径側部から内径側へ斜めに続く傾斜部と、中央に位置し前記外径側部より縮径した内径側部と、を備える複数の柱部と、を有する保持器と、
   前記一対の環状部及び互いに隣り合う前記柱部によって形成されるポケットにそれぞれ配置される複数の針状ころと、
   を備えるラジアル針状ころ軸受において、
   前記保持器には、前記隣り合う柱部間で、前記環状部の外周縁から軸方向に突出し、前記針状ころの角Ｒ部が当接可能な突出部が設けられ、
   前記針状ころが径方向にβ°傾いたとき、前記針状ころと当接する前記内径側部の当接点Ｐと、前記針状ころの前記角Ｒ部と当接する前記突出部の角部Ｒとの距離であって、前記保持器の軸に平行な方向の距離をＰＲｘ、前記保持器の径に平行な方向の距離をＰＲｙとし、前記針状ころの中心線と前記当接点との距離をｈｐ、前記針状ころの半径をｒ、とすると、
   ＰＲｙ＜ｒ/ｃｏｓβ＋（ｈｐ/ｓｉｎβ−ＰＲｘ）・ｔａｎβ
   の関係式を満たすことを特徴とするラジアル針状ころ軸受。
2. 請求項１に記載のラジアル針状ころ軸受と、
   前記ラジアル針状ころ軸受に挿設された支持軸と、を備えた軸受ユニットにおいて、
   前記支持軸の挿入方向先端側端面は、面取り部が形成され、
   前記面取り部のテーパ長は、前記針状ころの角Ｒ部の半径より長いことを特徴とする軸受ユニット。

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